【正文】 。所謂無(wú)源器件就是光纖器件在工作過(guò)程中無(wú)需外加驅(qū)動(dòng)電源；而有源器件就是需要加入外加驅(qū)動(dòng)單元才能正常工作的器件。 （ 12） 基于 Bragg 光柵磁場(chǎng)測(cè)量解調(diào)系統(tǒng)的研究 4 光纖光柵的分類 按周期長(zhǎng)短 光纖光柵按折射率變化周期的長(zhǎng)短可以分為兩類 （ 1） 短周期光纖光柵（ FBG，也叫反射或布喇格光柵）： 光柵周期一般為零點(diǎn)幾個(gè)微米，耦合發(fā)生在正向與反向傳輸?shù)哪Ｊ街g， 它的一個(gè)重要特性是將某一頻段內(nèi)的光反射回去。 圖 12 均勻周期光纖光柵結(jié)構(gòu)圖 圖 13 原理圖 FBG 好像一個(gè)窄帶的反光鏡，只反射一個(gè)波長(zhǎng)而透射其余的波長(zhǎng)。其中 涂覆層又稱被覆層，是一層高分子涂層，主要對(duì)裸光纖提供機(jī)械保護(hù)，因裸光纖的主要成分為二氧化硅，它是一種脆性易碎材料，抗彎曲性能差，韌性差，為提高光纖的微彎性能，涂覆高分子涂層。此系統(tǒng)相較于以前的系統(tǒng)具有精度高、高頻響應(yīng)好等特點(diǎn)，為研制具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的新型電磁場(chǎng)監(jiān)測(cè)設(shè)備打下基礎(chǔ)。本文 提出了一種新的使用光纖光柵測(cè)電磁場(chǎng)的方法。 ，探索磁場(chǎng)測(cè)量解調(diào)系統(tǒng)的方案，并給出解決方案。利用該特性，可以來(lái)測(cè)量磁場(chǎng)的大小 。 指導(dǎo)教師簽字： 20xx 年 3月 30 日 西安郵電大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 )開(kāi)題報(bào)告 課題名稱： 基于 Bragg 光柵磁場(chǎng)測(cè)量解調(diào)系統(tǒng)的研究 電子工程學(xué)院 學(xué)院 光電子技術(shù)系 系（部） 光電信息工程 專業(yè) 光電 0801 班 學(xué)生姓名： 郭晶晶 學(xué)號(hào) ： 05084031 指導(dǎo)教師： 葛海波 報(bào)告日期： 20xx 年 3 月 30 日 1． 本課題所涉及的問(wèn)題及應(yīng)用現(xiàn)狀綜述 光纖光柵是最近幾年發(fā)展最為迅速的光纖無(wú)源器件之一。 ———— 調(diào)研光纖光柵傳感器進(jìn)行磁場(chǎng)測(cè)量的方法與應(yīng)用 , 并學(xué)習(xí)掌握最基本的幾種解調(diào)方法。 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì)（論 文） 題 目 基于 Bragg 光柵磁場(chǎng)測(cè)量解調(diào)系統(tǒng)的研究 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）誠(chéng)信聲明書(shū) 本人聲明：本人所提交的畢業(yè)論文《 基于 Bragg 光柵磁場(chǎng)測(cè)量解調(diào)系統(tǒng)的研究 》是本人在指導(dǎo)教師指導(dǎo)下獨(dú)立研究、寫(xiě)作的成果，論文中所引用他人的文獻(xiàn)、數(shù)據(jù)、圖件、資料均已明確標(biāo)注；對(duì)本文的研究做出重要貢獻(xiàn)的個(gè)人和集體，均已在文中以明確方式注明并表示感謝。 ———— 探索利用光纖光柵進(jìn)行磁場(chǎng)測(cè)量的新方法。自從 1978 年 等人首先在摻鍺光纖中采用駐波寫(xiě)入法制成世界上第一只光纖光柵以來(lái)，由于它有許多獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)，因而在光纖通信中，光纖傳感等領(lǐng)域均有廣闊的應(yīng)用前景。為了便于測(cè)量，一般采用 PDL 的峰值來(lái)測(cè)量磁場(chǎng)。 ，要對(duì)光的偏振，波片，光學(xué)基本解調(diào)系統(tǒng)有深刻的認(rèn)識(shí)，在此基礎(chǔ)上，結(jié)合光纖光柵，以及溫度、應(yīng)力、壓力對(duì)光纖光柵傳感 的影響，完成磁場(chǎng)測(cè)量解調(diào)系統(tǒng)。 光纖光柵測(cè)電磁場(chǎng)的解調(diào)系統(tǒng)是根據(jù)磁場(chǎng)與光纖光柵偏振相關(guān)損耗 （ PDL）成正比的原理，運(yùn)用 1/4波片將左旋圓偏振光和右旋圓偏振光轉(zhuǎn)化為線偏振光，再根據(jù)檢測(cè)出的兩偏振光的光強(qiáng)計(jì)算出磁場(chǎng)強(qiáng)度 。 在本論文中全面詳細(xì)地介紹了光纖光柵傳感技術(shù)，以及基于 Bragg 光纖光柵磁場(chǎng)測(cè)量解調(diào)系統(tǒng)。且如將若干 根這樣 的裸光纖集束成一捆，相互間極易產(chǎn)生磨損，導(dǎo)致光纖表面損傷而影響光纖的傳輸性能。被反射的波長(zhǎng)稱為 Bragg 波長(zhǎng)，滿足條件： Bneff ???2 (11) 這里 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 圖 14 短周期光柵（ FBG） （ 2） 長(zhǎng)周期光纖光柵（ LPG，也叫傳輸光柵）： 光柵周期在 m?100 以上，耦合發(fā)生在同向傳輸?shù)哪Ｊ街g，它的特性是將導(dǎo)波中某頻段的光耦合到包層中損耗掉而讓其他頻段的光通過(guò)。 光纖光柵傳感系統(tǒng)中的無(wú)源器件 光纖耦合器 利用連接器可以將兩端光纖連接起來(lái)，這樣可以滿足兩個(gè)器件之間的光信號(hào)的傳輸。它包括一對(duì)線偏振器，兩個(gè)偏振器的偏振面放置成 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 波分復(fù)用器 在光纖通信系統(tǒng)中采用光的頻分復(fù)用的方法來(lái)提 高系統(tǒng)的傳輸容量，在接收端使用解復(fù)用器（等效于光帶通濾波器）將各信號(hào)光載波分開(kāi)。 自然光 普通光源中包含許許多多分子和原子，不同的原子或分子所發(fā)光波，或同一原子不同時(shí)刻所發(fā)光波，其振動(dòng)方向、振幅、初始相位各不相同。 圖 22 線偏振光 上圖中線段表示光振動(dòng)平行于圖面的線偏振光，點(diǎn)子表示光振動(dòng)垂直于圖面。 若在迎光的傳播方向觀察圓 偏振光的光矢量隨時(shí)間變化是右旋的，則這種圓偏振光叫做右旋圓偏振光 ， 反之 ， 叫做左旋圓偏振光。 為兩線偏振光的振幅， ? 為兩線偏振光在 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 當(dāng) ?? )2 12( ?? k 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 當(dāng)線偏振光垂直射入一塊表面平行于光軸的晶片時(shí)，若其振動(dòng)面與晶片的光軸成 a 角，該線偏振光將分為 e 光、 o 光兩部分，它們的傳播方向一致，但在晶體中傳播速度不同，因而產(chǎn)生光程差 ： 基于 Bragg 光柵磁場(chǎng)測(cè)量解調(diào)系統(tǒng)的研究 11 錯(cuò)誤 ! 未 找 到 引 用 源 。 （ 26） 其中， 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 為左旋圓偏振光的能量 透射系數(shù)。 ：有效折射率； 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 （ 211） 這兩個(gè)布拉格波長(zhǎng)之間的間距則為： ??? )/(2, ???? VBRBLB （ 212） 通過(guò)上面的分析可知，磁場(chǎng)的改變將會(huì)影響左旋和右旋圓偏振光的透射系數(shù)，左旋和右旋圓偏振光分別有一個(gè)透射譜。在測(cè)量的磁場(chǎng)動(dòng)態(tài)范圍內(nèi)，L? 、 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 根據(jù)以上結(jié)論可知對(duì)于長(zhǎng)度為 50mm的光柵，磁場(chǎng)改變量為 1000Gs 時(shí) ,兩波長(zhǎng)間距改變量為 ,可近似認(rèn)為不變。迎著光傳播方向看，出射光的旋轉(zhuǎn)方向?yàn)轫槙r(shí)針，出射光為右旋圓偏振光；出射光的旋轉(zhuǎn)方向?yàn)槟鏁r(shí)針，出射光為左旋圓偏振光。 ，方程 為 ： 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 基于 Bragg 光柵磁場(chǎng)測(cè)量解調(diào)系統(tǒng)的研究 18 3 解調(diào) 系統(tǒng) 的 設(shè)計(jì) 解調(diào)可行性分析 磁場(chǎng)變化對(duì) PDL 譜的影響 由 節(jié)的結(jié)論可得出：如果磁場(chǎng)在 0～ 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 圖 31 圓偏振光通過(guò) 1/4 波片轉(zhuǎn)變?yōu)榫€偏振光 若非對(duì)應(yīng)波長(zhǎng)的波片，則轉(zhuǎn)化為橢圓偏振光。根據(jù)菲涅耳理論，一束線偏振光可分解成頻率相同、振幅相同、旋轉(zhuǎn)方向相反的圓偏振光。 。 解調(diào)算法 如圖 32 所示，光功率計(jì) 1 出射光功率為 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 圖 33 左旋和右旋圓偏振光的透射能量系數(shù)與 PDL 基于 Bragg 光柵磁場(chǎng)測(cè)量解調(diào)系統(tǒng)的研究 21 （ 2） 如圖 32， 起偏器 1 出射光，此時(shí)左旋與右旋圓偏振光重合在一起。 對(duì) PDL 譜峰值對(duì)應(yīng)波長(zhǎng)的計(jì)算可能會(huì)存在誤差，由圖 1 可看出，譜線頂端很尖銳。基于以上的學(xué)習(xí)我初步了解了光纖光柵的發(fā)展歷史，光纖光柵在我們的生活的各個(gè)領(lǐng)域扮演者及其重要的角色，得到廣泛的應(yīng)用。她 待人熱忱，知識(shí)淵博，治學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)，時(shí)刻關(guān)心著我的畢業(yè)設(shè)計(jì)進(jìn)程，及時(shí)糾正我存在的問(wèn)題，使我少走了不少?gòu)澛?，并為我搜集了大量的參考資料，在此，我對(duì)您的教導(dǎo)和幫助表示由衷的敬意和感謝！ 其次是要感謝對(duì)我的畢設(shè)給予過(guò)幫助和建議的程亞嬌、張力同學(xué)，感謝學(xué)長(zhǎng)李慧博。學(xué)?？梢怨颊撐模ㄔO(shè)計(jì)）的全部或部分內(nèi)容。 作者簽名： 指導(dǎo)教師簽名： 日期： 日期： 基于 Bragg 光柵磁場(chǎng)測(cè)量解調(diào)系統(tǒng)的研究 27 注 意 事 項(xiàng) （論文）的內(nèi)容包括： 1）封面（按教務(wù)處制定的標(biāo)準(zhǔn)封面格式制作） 2）原創(chuàng)性聲明 3）中文摘要（ 300 字左右）、關(guān)鍵詞 4）外文摘要、關(guān)鍵詞 5）目次頁(yè)（附件不統(tǒng)一編入） 6）論文主體部分：引言（或緒論）、正文、結(jié)論 7）參考文獻(xiàn) 8）致謝 9）附錄（對(duì)論文支持必要時(shí)） ：理工類設(shè)計(jì)（論文）正文字?jǐn)?shù)不少于 1 萬(wàn)字（不包括圖紙、程序清單等），文科類論文正文字?jǐn)?shù)不少于 萬(wàn)字。 基于 Bragg 光柵磁場(chǎng)測(cè)量解調(diào)系統(tǒng)的研究 25 參考文獻(xiàn) （ 1）趙勇，光纖光柵傳感技術(shù) [M].北京：國(guó)防工業(yè)出版社， 20xx. （ 2） KERSEY A D, MARRONE M J. Fiber Bragg Grating HighMagicField Probe[A].Proc. SPIC, Tenth International Conference on Optical Fiber Sensors, 1994, 2360(9):5356. （ 3） 彭暉，蘇洋，李玉權(quán) ， 等 .基于光纖光柵磁場(chǎng)測(cè)量新方法 [J].光學(xué)學(xué)報(bào) .20xx,28(9):17171722. （ 4） 蘇洋．基于光學(xué)傳感的脈沖磁場(chǎng)測(cè)量方法關(guān)鍵技術(shù)研究 [D]．南京：中國(guó)人民解放軍理工大學(xué)通信工程學(xué)院博士論文， 20xx （ 5） 董暉．單模光纖中偏振效應(yīng) —— 雙折射、偏振相關(guān)損耗和偏振模傳感器的測(cè)量影響。光纖作為光纖通信系統(tǒng)的重要組成部分發(fā)揮了重要作用，是通信的基礎(chǔ)。 器件本身存在損耗，偏振分束器不能做到無(wú)損分束。 1 . 5 5 6 7 1 . 5 5 6 7 1 . 5 5 6 8 1 . 5 5 6 8 1 . 5 5 6 9 1 . 5 5 6 9 1 . 5 5 7 1 . 5 5 7 1 . 5 5 7 1 1 . 5 5 7 1x 1 0600 . 10 . 20 . 30 . 40 . 50 . 60 . 70 . 8波長(zhǎng) ? / n m反射能量譜 圖 34 Bragg 光纖光柵 1 能量反射譜 （ 2）溫度變化下的反射能量譜 1 . 5 5 6 8 1 . 5 5 6 9 1 . 5 5 7 1 . 5 5 7 1 1 . 5 5 7 2 1 . 5 5 7 3 1 . 5 5 7 4x 1 0600 . 10 . 20 . 30 . 40 . 50 . 60 . 70 . 8波長(zhǎng) ? /m反射能量譜 圖 35 不同溫度下的 Bragg 光纖光柵反射能量譜 如圖 35，從左往右分別為溫度在 0 度、 10 度、 20 度下的光纖光柵能量反射譜 。 ，則 錯(cuò)誤 ! 未 找 到 引 用 源 。 光纖光柵結(jié)構(gòu)也與偏振相關(guān)損耗（ PDL）也有密切關(guān) 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 線偏振光分離的方法 偏振分束 器 是利用晶體中光的折射率和光的電矢量振動(dòng)方向有關(guān)的原理把偏振方向相互垂直的兩束光分開(kāi)。若使用寬譜光源，則經(jīng)光纖光柵所有反射光經(jīng)波片后轉(zhuǎn)化為線偏振光與橢圓偏振光。利用該特性，可以來(lái)測(cè)量磁場(chǎng)的大小。根據(jù)公 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 基于 Bragg 光柵磁場(chǎng)測(cè)量解調(diào)系統(tǒng)的研究 16 （ 218） 若 錯(cuò)誤 !未找到 引用源。 ： 錯(cuò)誤 !未找到引用源。在這些合理的近似條件下，由 式 214 可見(jiàn)，以 dB 表示的 PDL 值與磁場(chǎng)成正比。本文中不采用直接測(cè)量布拉格波長(zhǎng)漂移來(lái)測(cè)量磁場(chǎng)，而將其轉(zhuǎn)換為測(cè)量光柵的 PDL 來(lái)檢測(cè)磁場(chǎng)的大小。 ：布喇格波長(zhǎng)； 根據(jù)模耦合理論可知，光纖 Bragg 光柵 (FBG)的中心反射波長(zhǎng) 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 從而得到左旋和右旋圓偏振光的能量透射系數(shù)為： )(c o s h)(s i n h)()( )(22)()(22)(